De lucht- en ruimtevaartsector ontwikkelt zich snel in de snel technologisch geavanceerde periode van ons, en de productienauwkeurigheid en prestatiecriteria worden steeds groter. Wanneer ze worden geconfronteerd met ingewikkelde structuren en hoge precisie-eisen voor vliegtuigonderdelen, vinden traditionele productietechnieken het soms moeilijk om optimale resultaten te bereiken. De introductie van 3D-printtechnologie voor metaal heeft de vliegtuigproductie fundamenteel veranderd, waardoor de productieprecisie aanzienlijk is verbeterd en de ontwikkeling van de creatieve industrie is gestimuleerd.
Metaal 3D-printen, ook wel metal additive manufacturing genoemd, is een techniek waarbij driedimensionale dingen worden gecreëerd door laag voor laag metaalpoeders of draden te stapelen. Het smelt metaalpoeder onder een vooraf ontworpen modelcontour met behulp van energiebronnen zoals lasers of elektronenstralen, waardoor een stevige laag metaal ontstaat. Het productieplatform valt dan één laag naar beneden, deponeert vers metaalpoeder en blijft de bovengenoemde procedure herhalen totdat het geheel is opgebouwd. Deze "from scratch" additieve productietechniek verhoogt de productieprecisie aanzienlijk, maakt directe productie van moeilijke structurele componenten mogelijk en bevrijdt volledig van de beperkingen van conventionele matrijzen.
Metaal 3D-printtechnologie vindt in de vliegtuigindustrie aanvankelijk uitdrukking in de productie van motoronderdelen. De prestaties van vliegtuigmotoren hebben rechtstreeks invloed op de algemene prestaties van het vliegtuig, aangezien zij er het fundamentele onderdeel van vormen. De conventionele motorproductietechniek is niet alleen tijdrovend en arbeidsintensief, maar ook een uitdaging om de productienauwkeurigheid te garanderen. Ze vergt veel precisiebewerkings- en assemblagewerkzaamheden. Metaal 3D-printtechnologie heeft deze arbeidsintensieve processen drastisch verkort. Metaal-3D-printtechnologie kan motoronderdelen met ingewikkelde structuren, zoals brandstofsproeiers, lagedrukturbinebladen, enz., direct produceren door exact te smelten en laag voor laag stapelen van metaalpoeders. Deze onderdelen moeten bestand zijn tegen vrij hoge temperaturen en drukken en zijn bovendien moeilijk qua ontwerp. Door middel van een ideaal ontwerp en materiaalkeuze heeft de 3D-printtechnologie van metaal niet alleen effectief de exacte productie van deze componenten bereikt, maar ook hun sterkte en uithoudingsvermogen aanzienlijk verbeterd. Hoewel ze een grote sterkte- en gewichtsverhouding behouden, zijn lagedrukturbinebladen bestaande uit een TiAl-legering bijvoorbeeld ongeveer 50% lichter dan conventionele, op nikkel gebaseerde hogetemperatuurlegeringen, waardoor het gewicht van de hele lagedrukturbine wordt verminderd.
Naast motoronderdelen is lichtgewicht ontwerp een ander cruciaal gebruik van 3D-printtechnologie voor metaal in de lucht- en ruimtevaartsector. Het verbeteren van de prestaties van vliegtuigen hangt vooral af van het gewicht, dus de 3D-printtechnologie van metaal bereikt een lichtgewicht ontwerp door middel van structureel ontwerp en materiaalkeuze van componenten. Voor de GE9X-engine hielp de 3D-printtechnologie bijvoorbeeld om de originele componenten van de warmtewisselaar 163 te optimaliseren tot één geïntegreerd onderdeel, waardoor het gewicht met 40% werd verlaagd, de productiekosten met 25% en de levensduur werd verlengd. Deze lichtgewicht architectuur verlaagt niet alleen het totale gewicht van het vliegtuig, maar verhoogt ook het brandstofverbruik en de CO2-uitstoot.
De grote mate van maatwerk en efficiëntie van de 3D-printtechnologie voor metaal in de lucht- en ruimtevaarttechniek voegt nog een ander belangrijk voordeel toe. Terwijl 3D-printen met metaal de benodigde vorm direct kan printen op basis van CAD-modellen zonder verdere verwerking, vereisen traditionele productietechnieken een groot aantal mallen en armaturen voor de vervaardiging van componenten. Personaliseren is eenvoudig met deze "één-op-één" productietechniek. Massaproductie en afzonderlijke onderdelen kunnen snel en tegen dezelfde kosten worden voltooid. Bovendien verkort het 3D-printen van metaal de productiecyclus van componenten drastisch. Terwijl het 3D-printen van metaal binnen enkele uren of zelfs minuten kan worden voltooid, kan de fabricage van een ingewikkeld onderdeel met conventionele technieken weken of zelfs maanden duren. Deze effectieve productietechniek verhoogt niet alleen de productie-efficiëntie, maar versnelt ook de introductie van nieuwe producten, waardoor bedrijven veel tijd besparen.
De nauwkeurigheidsverbetering van de 3D-printtechnologie voor metaal in de vliegtuigproductie komt ook tot uiting bij de productie van gecompliceerde structurele componenten. Bepaalde vliegtuigonderdelen stellen vrij hoge eisen op het gebied van complexiteit en precisie, die conventionele productietechnieken soms lastig te bereiken vinden. Directe creatie van deze ingewikkelde structurele componenten en gegarandeerde uiterst nauwkeurige productieresultaten met 3D-printtechnologieën voor metaal. Voor de productie van raketmotoren kan de 3D-printtechnologie van metaal bijvoorbeeld componenten genereren met ingewikkelde koelkanalen die lastig te verkrijgen zijn met conventionele productietechnieken. Door gebruik te maken van 3D-printtechnologie voor metaal kan het smelten en opbouwen van elke laag metaalpoeder nauwkeurig worden gereguleerd, waardoor exacte fabricage van ingewikkelde constructies mogelijk wordt.
Niettemin levert het gebruik van 3D-printtechnologie voor metaal in de lucht- en ruimtevaartindustrie ook bepaalde problemen op. De kosten en investeringen van 3D-printapparatuur voor metaal zijn bijvoorbeeld vrij hoog; verder onderzoek en oplossingen zijn nodig om problemen zoals thermische spanning en restspanning bij het 3D-printen van metaal aan te pakken; De bereiding en opslag van metaalpoeders vereisen strikte controle van de omstandigheden. Toch wordt de 3D-printtechnologie voor metaal, met zijn bijzondere voordelen en mogelijkheden, steeds belangrijker in de lucht- en ruimtevaartproductie.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-piston-in-the-engine.html